田恒川

我國東北地區(qū)的大興安嶺、小興安嶺—張廣才嶺地區(qū)分布有大量中生代花崗巖，構(gòu)成了我國大陸東部極為醒目的地質(zhì)景觀— —中生代“花崗巖海”。該區(qū)域中生代巖漿活動強烈，是瀕太平洋構(gòu)造-巖漿帶的重要組成部分，也是我國重要的貴金屬、有色金屬成礦集中區(qū)。小興安嶺地區(qū)由于巖漿活動、地質(zhì)構(gòu)造、植被覆蓋等原因，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)巖漿巖、火山巖時代及層序均較為混亂。因此本文以小興安嶺洞東南部出露的中生代酸性火山巖作為主要的研究對象，對其進行精確的鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)、及詳細(xì)的地球化學(xué)研究，為火山巖地層的厘定及區(qū)域構(gòu)造演化提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

研究區(qū)位于小興安嶺東南部，是伊春—延壽巖漿構(gòu)造帶的重要組成部分，大地構(gòu)造位置位于興蒙造山帶東部，古亞洲洋構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域的交接復(fù)合部位（圖1）。區(qū)域內(nèi)巖漿、火山活動強烈，侵入巖主要為一套早侏羅世未變形花崗巖，包括堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖等。由于露頭較少，覆蓋層厚，界限較模糊。地層相對不發(fā)育，主要出露一套古生界中二疊統(tǒng)土門嶺組（P2t），中生界下侏羅統(tǒng)神樹鎮(zhèn)組（J1ss）、下白堊統(tǒng)建興組（K1jn）和新生界漸新統(tǒng)-上新統(tǒng)孫吳組及第四紀(jì)全新統(tǒng)地層。

圖1 區(qū)域地質(zhì)概況

神樹鎮(zhèn)組為一套陸相中酸性火山巖組合。以灰綠色、灰黑色中性熔巖為主，夾中酸性熔巖及火山屑巖，巖石中巖屑、晶屑常定向排列，節(jié)理發(fā)育，巖石整體較破碎。本文研究樣品主要采自于黑龍江省綏棱林業(yè)局六棵松居民點東五公里處石頭山的人工露頭處。其主要巖性為晶屑流紋質(zhì)凝灰熔巖、灰黑色流紋質(zhì)凝灰?guī)r、灰綠色英安質(zhì)凝灰?guī)r等，以酸性流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主。

巖石新鮮面灰綠色，玻屑凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖屑呈次棱角狀、次圓狀，成分為流紋巖、英安巖、凝灰?guī)r（圖2），直徑0.3mm ～3mm，含量5%。晶屑主要為呈板狀、碎屑狀的鉀長石及少量斜長石（圖2），粒徑0.15mm ～1.8mm，含量15%。玻屑形態(tài)呈骨針狀、弧面多角狀、雞骨狀和楔形，部分脫玻粘土礦物或微粒鈉長石、石英，大都呈不規(guī)則帶狀、塊狀，為粘土礦物纖維代替，分布普遍。

圖2 石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r手標(biāo)本及顯微鏡下照片

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb 測年

鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)。所用鋯石年齡測定樣品采自石頭山新鮮露頭，研究樣品在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室粉碎，并通過隨后的標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)和電磁選進行分選，在顯微鏡下選出較完整、透明、無明顯裂隙的鋯石顆粒，將所選鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂鋯石靶。然后對鋯石靶先進行磨砂，當(dāng)絕大部分鋯石顆粒磨到核部后進行拋光，使得鋯石樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠暴露出來，將鋯石樣品拋光后通過CL 圖像進行生長結(jié)構(gòu)觀察（圖3）。

鋯石U-Pb 同位素測年是在吉林大學(xué)國家重點實驗室完成的。采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）分析技術(shù)。本次實驗采用的激光剝蝕系統(tǒng)是Geolas 2005，ICP-MS 為Agilent7500a。激光剝蝕中的載氣為氦氣，補償氣為氬氣。

2.2 主量元素和微量元素

主量及微量元素測試在黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用研究所進行，主量元素測試方法是X 射線熒光法（XRF），準(zhǔn)確度優(yōu)于5%；微量元素和稀土元素（REE）通過等離子質(zhì)譜儀分析。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb 測年

所測鋯石顆粒大小差別較大，粒度大小為50-100μm 左右，從形態(tài)結(jié)構(gòu)上看，鋯石多為粒狀和短柱狀，自形-半自形，多不發(fā)育雙錐。在CL 圖像上（圖3），可以看出多數(shù)鋯石分為兩類，一類普遍具有典型的巖漿振蕩環(huán)帶，顯示為巖漿成因；一類粒度較小，CL 圖像普遍較暗，顯示受到后期熱事件影響。

圖3 流紋質(zhì)凝灰?guī)r鋯石特征

流紋質(zhì)凝灰?guī)r共選取20 顆鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb 定年分析，其中13 個分析點落在諧和線及其附近（表1），有較一致的U-Pb 年齡，加權(quán)平均年齡為193.2±2.4Ma，顯示該樣品的形成年齡為193.2Ma，表明該流紋巖的噴出時代為早侏羅世（圖4）。

表1 神樹鎮(zhèn)組火山巖中鋯石U、Pb 同位素分析結(jié)果（元素含量×10-6）

圖4 流紋質(zhì)凝灰?guī)r鋯石U-Pb 年齡諧和圖與加權(quán)平均年齡

根據(jù)以上綜合分析：由于流紋質(zhì)凝灰?guī)r的噴出時代基本上與本區(qū)巖漿巖的侵位時代一致，且有著相似的地球化學(xué)特征，由此可推斷其與本區(qū)花崗巖基本同一時期同一巖漿來源。

3.2 地球化學(xué)特征

流紋質(zhì)凝灰?guī)r的全巖主量元素和微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果列于表2。

表2 神樹鎮(zhèn)組火山巖主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析結(jié)果

樣品SiO2含量在74.06% ～75.22%之間，平均74.51%；Al2O3含量為14.01%～14.34%，平均14.17%；K2O+Na2O 含量一般在7.90%～8.62%，平均8.28%，K2O／Na2O＞1，相對富鉀；里特曼指數(shù)（σ）一般在1.94 ～2.39 之間，為鈣堿性巖系；A/CNK 值從1.27 到1.32，A/NK 值為1.29 ～1.34，屬富鉀鈣堿性、過鋁質(zhì)系列巖石。

在全堿-硅質(zhì)（TAS）圖解中，均落在亞堿性系列區(qū)域內(nèi)（圖5），從類型上看，主要分布在流紋巖區(qū)域內(nèi)。亞堿性系列巖石按K2O（wt.%）和SiO2（wt.%）的含量可進一步分為低鉀（拉斑）系列、中鉀鈣堿性系列、高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列。在K2O-SiO2圖中（圖5），均位于高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列區(qū)域內(nèi)，顯示出富鉀的特征。在A/NK-A/CNK 圖中，樣品都落在過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)，具有過鋁質(zhì)的特征（圖6）。

圖5 全堿-硅質(zhì)（TAS）

圖6 A/NK-A/CNK 圖解

根據(jù)稀土元素分析結(jié)果及特征參數(shù)表（表2），神樹鎮(zhèn)組流紋質(zhì)凝灰?guī)r的稀土總量∑REE 在61.25×10-6～201.07×10-6之間，平均為120.17×10-6，這個數(shù)值低于陸殼的平均值154.7×10-6。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上（圖7），相對富集輕稀土，輕重稀土比值（LREE/HREE）在5.81 ～11.77 之間，平均為9.28，根據(jù)（La/Yb）N比值介于4.11 ～13.72 之間，屬輕稀土富集型，δEu 在0.28-0.97 間，Eu 負(fù)異常可能是由于巖漿在大規(guī)模噴出前發(fā)生過斜長石等礦物的分離結(jié)晶作用。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖7），石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r相對富集Rb、Th、U、Zr、Hf 等，Ba、Nb、Sr、P、Ti 明顯虧損。

圖7 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配圖

4 討論

4.1 石頭山火山巖的形成時代

對于區(qū)域內(nèi)該套地層的形成時代存在著不同的認(rèn)識，本次對其鋯石進行的年代學(xué)測定，其鋯石有著明顯的巖漿環(huán)帶，未見后期溶蝕結(jié)構(gòu)，因此鋯石年齡可以代表該套火山巖的年齡。其加權(quán)平均年齡為193.2±2.4 Ma，顯示該樣品的形成年齡為193.2Ma，表明該流紋巖的噴出時代為早侏羅世，與本區(qū)巖漿巖的侵位時代基本一致，由此可推斷其與本區(qū)花崗巖基本同一時期巖漿活動的產(chǎn)物。小興安嶺-張廣才嶺火山巖分布時代跨度較大，從早侏羅世到晚白堊世都有分布。

4.2 石頭山火山巖的巖石成因

石頭山流紋質(zhì)火山巖具有較高的SiO2含量（74.06% ～75.22% 之 間， 平 均74.51%） 及Al2O3含 量（14.01% ～14.34%，平均14.17%），在A/NK-A/CNK 圖中，樣品都落在過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)，具有過鋁質(zhì)的特征（圖5）。里特曼指數(shù)（σ）一般在1.94 ～2.39 之間，為鈣堿性巖系；A/CNK 值從1.27到1.32，A/NK 值為1.29 ～1.34，屬富鉀鈣堿性、過鋁質(zhì)系列巖石。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上（圖7），相對富集輕稀土，輕重稀土比值（LREE/HREE）在5.81 ～11.77 之間，平均為9.28，根據(jù)（La/Yb）N比值介于4.11 ～13.72 之間，屬輕稀土富集型，δEu 在0.28-0.97 間，Eu 負(fù)異常可能是由于巖漿在大規(guī)模噴出前發(fā)生過斜長石等礦物的分離結(jié)晶作用。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖7），石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r相對富集Rb、Th、U、Zr、Hf 等，Ba、Nb、Sr、P、Ti 明顯虧損。這與區(qū)域內(nèi)同時期花崗巖有著相似的地球化學(xué)特征，顯示出同源的特點。

5 結(jié)論

石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r為一套陸相中酸性火山巖組合，其主要巖性為晶屑流紋質(zhì)凝灰熔巖、灰黑色流紋質(zhì)凝灰?guī)r、灰綠色英安質(zhì)凝灰?guī)r等，以酸性流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主。

石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r鋯石中普遍發(fā)育典型的巖漿振蕩環(huán)帶，顯示其巖漿成因。其形成年齡為193.2Ma，表明該流紋巖的噴出時代為早侏羅世，與本區(qū)巖漿巖的侵位時代基本一致，由此可推斷其與本區(qū)花崗巖基本同一時期巖漿活動的產(chǎn)物。

石頭山流紋質(zhì)凝灰?guī)r具有富硅、富鋁的特點，相對富集輕稀土元素，具有明顯的Eu 負(fù)異常，與區(qū)域內(nèi)同時期花崗巖有著相似的地球化學(xué)特征，顯示出同源的特點。